Diseño de Caja para Transporte de Productos con Temperatura Controlada

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE 
PRODUCTOS QUE REQUIEREN DE UNA 
TEMPERATURA CONTROLADA 
 
 
 
 
 
 
TESIS PROFESIONAL 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO MECÁNICO 
P R E S E N T A: 
ENRIQUE OLVERA MENCHACA 
 
 
 
 
 
 
Asesores: 
Ing. Dagoberto García Alvarado 
Ing. Marco Antonio Cárdenas Martínez 
 
 
Agosto 2010 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
 
Deseo expresar mi infinita gratitud hacia quienes me han ayudado a terminar 
este trabajo, sin su participación este pequeño esfuerzo no tendría sentido: 
 
 
A mi padre y a mi madre. 
Por el ejemplo de esfuerzo y disciplina que me han brindado. 
Por darme principios y valores para enfrentarme a la vida. 
Por la oportunidad de estudiar. 
 
 
A Elvira. 
Compañera incondicional de esta gran aventura llamada vida. 
 
 
A mis hijos, Enrique y Nancy. 
Son los motores de mi hacer. 
Gracias por aprender conmigo. 
 
 
A mis hermanos. 
A mis asesores. 
Gracias por su paciencia y apoyo. 
 
 
Y a ti gracias, muchas gracias. 
Porque me has dado el tiempo y me has dado la salud para poder hacerlo 
realidad. 
 
 
 
 
” Todo arde si le aplicas la chispa adecuada”. 
 
 
 
 
 
Enrique Olvera Menchaca 
Agosto 2010 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
INDICE 
 
SÍNTESIS.............................................................................................................. i 
INTRODUCCION................................................................................................... ii 
CAPITULO 1 ESTADO DEL ARTE....................................................................... 2 
1.1 La transportación de carga.................................................................................. 2 
1.2 Normatividad oficial Mexicana. ........................................................................... 6 
1.3 Vehículos de carga. ........................................................................................... 9 
1.4 Tipos de carrocerías. ......................................................................................... 13 
1.5 Vehículos con temperatura controlada. ................................................................ 14 
CAPITULO 2 FUNDAMENTOS TECNICOS. 
2.1 Esfuerzo y Deformación. .................................................................................... 19 
2.2 Momento de Inercia. ........................................................................................... 23 
2.3 Análisis de marcos y estructuras. ....................................................................... 26 
2.4 Aluminio. .......................................................................................................... 31 
2.5 Temperatura y Calor. ......................................................................................... 40 
CAPITULO 3 DISEÑO DE LA CAJA. 
3.1 Procedimiento de diseño. ................................................................................... 49 
3.2 Propuesta de solución. ....................................................................................... 54 
3.3 Desarrollo.......................................................................................................... 57 
3.4 Cálculo de la estructura de la caja........................................................................ 60 
CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO DE REFRIGERACIÓN. 
4.1 Consideraciones. ............................................................................................... 77 
4.2 Cálculo de la carga térmica. .............................................................................. 79 
4.3 Selección del equipo de refrigeración. ................................................................. 84 
4.4 Arreglo del conjunto. .......................................................................................... 85 
CAPITULO 5 COSTO BENEFICIO. 
5.1 Análisis de costos de operación. ......................................................................... 95 
5.2 Análisis de costos de mantenimiento. .................................................................. 98 
5.3 Análisis costo beneficio. .....................................................................................102 
5.4 Conclusiones........................................................................................................104 
REFERENCIAS. ................................................................................................... 105 
ANEXOS 
Anexo I. Norma oficial Mexicana NOM-012-SCT-2-2008................................................. 106 
Anexo II Módulos de elasticidad de diversos materiales...................................................107 
Anexo III. Dimensiones antropométricas de una persona................................................ 107 
Anexo IV Momentos de inercia de diversos perfiles......................................................... 108 
Anexo V. Formulario para vigas con distintas cargas...................................................... 109 
Anexo VI. Especificaciones de equipo B-100 de Thermoking.......................................... 110 
ANEXO VII. Reporte Técnico de la AEA ...........................................................................112 
GLOSARIO DE TÉRMINOS..........................................................................................114 
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
SINTESIS 
 
 
 
CAPITULO 1. 
Mencionamos acerca del estado del arte de la fabricación de vehículos de carga. La 
normatividad oficial Mexicana, la clasificación de los vehículos de acuerdo a sus 
diferentes tipos y la descripción de los caminos de la red carretera nacional. Se 
mencionan las tres características fundamentales de un vehículo: geométricas, 
relativas a su peso y sus características de operación. 
 
 
CAPITULO 2. 
Proporciona los fundamentos técnicos para efectuar el diseño del vehículo. Se 
enfatiza el cálculo de marcos hiperestáticos mediante procedimientos manuales y el 
cálculo del momento de inercia. El proceso de extracción del Aluminio, sus 
propiedades, las aleaciones, su composición y características, y sus métodos de 
ensamble. Por último se menciona acerca del sistema de refrigeración por compresión 
y los tipos de equipos instalados en los vehículos de reparto. 
 
 
CAPITULO 3. 
Describe la metodología empleada para el diseño y cálculo de la caja de carga. Para 
simplificarla utilizaremos la información de un fabricante y distribuidor de leche de 
vaca, en donde se debe mantener la temperatura en el interior del vehículo entre 2ºC 
y 6 ºC, con las consideraciones de apertura constante de puertas, según su itinerario 
de distribución. En el diseño de la carrocería se buscará cubrir aspectos ergonómicos 
que sean una ventaja respecto a los diseños actuales. 
 
 
CAPITULO 4 
Se presenta el procedimiento para seleccionar el chasis más adecuado para las 
condiciones de trabajo, los pasos para efectuar el diseño preliminar de la caja de 
carga, el cálculo y selección del equipo de refrigeración y el análisis dinámico y 
estático del conjunto. 
 
 
CAPITULO 5 
Se presenta el análisis costo-beneficio con proyecciones del costo de operación y 
funcionamiento a pesos constantes. El vehículo resultante deberá ofrecer ventajas 
económicas que justifiquen su adquisición, tomando como premisa fundamental el 
adecuado balance entre las condiciones de operación y una mejora en los costos. 
i 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________INTRODUCCION 
 
 
Los cambios en los hábitos de consumo de las personas incluyendo en su dieta 
alimentos y comida “al instante", y las tendencias de elaboración de alimentos semi 
terminados para enfriarlos o congelarlos, están generando la necesidad de emplear 
vehículos con temperatura controlada. 
 
Compañías que distribuyen alimentos como la leche y sus derivados, gelatinas, 
pasteles, carnes y embutidos, comida refrigerada y congelada, golosinas como 
chocolates y coberturas, paletas y helados, frutas, yogurt, etc. son algunos de los 
usuarios potenciales de este tipo de cajas de carga. 
 
Los fabricantes requerirán incursionar en su fabricación, y debido a la competencia 
que existe en el sector, buscar diseños que les ayuden a disminuir sus costos de 
fabricación para ofrecer precios de venta convenientes para los clientes. 
 
En México estas unidades son fabricadas con lámina galvanizada debido a que es 
más económica que el aluminio, además presenta buenas propiedades mecánicas, 
es fácil de trabajar y tiene amplia disponibilidad en el mercado. 
 
La ingeniería que se emplea esta desarrollada en EUA y Alemania, pero en muchos 
casos no satisface las necesidades de los usuarios nacionales, debido a que las 
condiciones de diseño que se utilizaron no corresponden a las que se presentan en 
nuestro país, por ejemplo por los tipos de caminos por donde se conducen, por los 
hábitos de manejo de sus conductores y el mantenimiento preventivo que se les 
proporciona. 
 
Para tratar de asegurar su correcto funcionamiento, los fabricantes refuerzan 
secciones de la estructura y laminación, y para hacer atractivo el vehículo, instalan 
aluminio en los acabados. Así se obtiene una caja de carga con buena apariencia, 
resistente y a costos adecuados para su comercialización en el mercado. 
 
La propuesta es diseñar una caja de carga en aluminio, que sea resistente para las 
condiciones de trabajo, que mejore los diseños actuales, con mayor libertad de 
trabajo en la zona de carga, con mejor acceso al sistema de enfriamiento y que sea 
rentable su utilización. 
 
La premisa fundamental es que el transporte de carga debe diseñarse de acuerdo a 
las necesidades propias de cada mercado y más aún, de cada tipo de operación; 
para que de esta manera le permita al usuario hacer un mejor uso de él y lo apoye 
en la disminución de sus costos de operación. 
 
Tomaremos como antecedentes los diseños de unidades refrigeradas (de fabricación 
nacional e importadas), para analizar su funcionalidad y los procedimientos utilizados 
en su fabricación, para así desarrollar el diseño más conveniente para el proyecto. 
 
ii 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
iii 
 
. 
La unidad optimizará materiales buscando reducir el peso del vehículo respecto a las 
unidades actuales. 
 
Podemos establecer el siguiente cuadro comparativo entre los tipos de cajas de 
carga y los materiales que las forman: 
 
 
 
Característica 
Fabricación 
convencional 
(Lámina negra y/o 
galvanizada) 
 
Fabricación en Aluminio 
Vida útil 10 años 15 años ó más 
Consumo de combustible * ”Normal Se reduce hasta 20% 
Descarga de peso en ejes Sobrecargada Dentro de rango 
Capacidad de carga útil (kg) * ”Normal” Hasta 20% adicional 
Valor de salvamento Despreciable Hasta 60% del costo original 
 
* Considerando que el vehículo trabaja en los rangos de carga especificados por el 
fabricante. 
 
 
Plantearemos un método de análisis general y emplearemos procedimientos de 
cálculo manuales buscando que sea de fácil comprensión. 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 1 - 
 
 
CAPITULO 1 
Estado del arte 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.1- La transportación de carga 
1.2 - Normatividad oficial Mexicana 
1.3 - Clasificación de los vehículos de carga 
1.4 - Tipos de carrocerías 
1.5 - Vehículos con temperatura controlada 
 
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 2 - 
 
 
CAPITULO 1 ESTADO DEL ARTE. 
 
1.1 La transportación de carga. 
 
Se denomina transporte o transportación (del latín trans, "al otro lado", y portare, 
"llevar") al traslado de personas o bienes de un lugar a otro. 
 
El transporte es una actividad fundamental de la logística que consiste en colocar los 
productos en el momento preciso y en el destino deseado. 
 
Los transportes pueden distinguirse dependiendo del tipo de propiedad: 
 
 Público 
 Privado 
 
 
En el transporte público los vehículos son utilizados por cualquier persona previo 
pago de una cantidad de dinero. 
 
En el transporte privado es propiedad de particulares y su uso queda restringido a 
sus dueños. 
 
Asimismo, puede distinguirse entre el transporte de mercancías ó bienes y el 
transporte de pasajeros. El transporte pesado es el tráfico de mercancías y carga. 
 
 
En inglés se utiliza el vocablo «transit» para denominar el transporte público y el 
vocablo «traffic» para el transporte privado. 
 
Hoy en día el sector del transporte es esencial para el funcionamiento de los países, 
por eso es el Estado quien construye las infraestructuras de carreteras, vías de 
ferrocarril, puertos y aeropuertos. 
 
 
Dentro de «transporte» se incluyen numerosos conceptos; los más importantes son: 
 
1. Infraestructura 
2. Vehículos y 
3. Operaciones. 
 
 
Infraestructura. 
Son las instalaciones fijas que permiten a un vehículo funcionar. 
 
 
Vehículos. 
Los vehículos de transporte (autos, camiones, trenes, aviones, bicicletas, etc.) 
transitan sobre las redes, y existen redes que no usan vehículos: la red peatonal, las 
redes de aceras móviles, las cintas transportadoras y los conductos o tuberías. 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 3 - 
 
 
 
Operaciones: 
Tratan del control del sistema (semáforos, control de trenes, control del tráfico aéreo, 
etc.) así como de las políticas, los modos de financiación y la regulación del 
transporte. 
 
Modos de Transporte. 
Los medios o modos de transporte son combinaciones de redes, vehículos y 
operaciones. Incluyen el caminar, la bicicleta, el coche, la red de carreteras, los 
ferrocarriles, el transporte fluvial y marítimo (barcos, canales y puertos), el transporte 
aéreo (aeroplanos, aeropuertos y control del tráfico aéreo), e incluso la unión de 
varios o los tres tipos de transporte. 
 
 
Se utilizan cinco modos de transporte. 
1. Acuático: transporte marítimo y transporte fluvial 
2. Por carretera: peatones, bicicletas, automóviles y otros vehículos sin rieles. 
3. Ferroviario: material rodante sobre vías férreas 
4. Aéreo: aeronaves y aeropuertos. 
5. Oleoductos y gasoductos, en los que se impulsan fluidos a través de tuberías 
mediante estaciones de bombeo o de compresión. 
 
 
1.1.1 Desarrollo del Transporte. 
 
El desarrollo del transporte de mercancías comprende dos etapas que han sido 
motivadas por el incesante deseo del hombre por desplazarse y llevar con él sus 
alimentos y objetos de uso común: 
 
La primera fue en el periodo que antecedió a la revolución industrial, durante la cual 
sólo era aprovechable la fuerza humana, la fuerza de los animales de carga, la de 
las corrientes de los ríos y la de los vientos. Las limitaciones propias de estos 
medios tuvo como consecuencia que productos y servicios disponibles en unas 
regiones, fueran difíciles o costosos para otras. 
 
La segunda etapa inició conla revolución industrial cuando el vapor, la electricidad y 
las máquinas de combustión se generalizaron como fuentes de fuerza motriz. Esto 
originó que los productos llegaran más rápido y en mayor cantidad a los centros de 
consumo, propiciando mayores consumos y a su vez, generó más recursos para 
tener mayor volumen de producción. 
 
Por su facilidad de acceso a todo espacio geográfico es el principal recurso de 
conexión entre los centros de producción y consumo de bienes y servicios. 
 
El transporte es un consumidor importante de energía, la cual se obtiene 
transformando combustibles, principalmente de origen fósil, mediante motores de 
combustión. En el proceso de combustión se generan emisiones (CO2, CO, NOx, 
SOx y otros, como partículas) cuya nocividad depende de la fuente de energía 
usada. 
 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 4 - 
 
 
 
En México, el transporte participa en el movimiento del 70% de la carga en general 
y el 90 % del total de pasajeros. 
 
La gráfica siguiente detalla la cantidad de vehículos de carga en México. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 Capitulo 1. Estadística de vehículos de carga en México. 
 
 
En menos de una década casi se ha duplicado la cantidad de unidades, lo cual es 
consecuencia de la falta de desarrollo de modos de transporte alternos a las 
carreteras. 
 
 
El sistema ferroviario Mexicano está casi extinto para servicio de carga, salvo 
algunas empresas que disponen de los suficientes recursos para operar y mantener 
las vías férreas. 
 
El sistema acuático esta dedicado casi exclusivamente a la transportación de 
petróleo y sus derivados. Los ríos no tienen una participan significativa. 
 
El transporte aéreo esta restringido a productos y servicios que por su costo o 
necesidad de urgencia requieren ser desplazados de un lugar a otro en corto tiempo. 
 
Los oleoductos y gasoductos son propiedad exclusiva de la industria petroquímica y 
de agua potable, ambos administrados por el gobierno. 
 
 
 
CAPITULO 
1 
Nú m e ro d e v e h íc u lo s d e c a rg a e n M é x ic o
4 .9 4
5 .3 9
5 .8 6
6 .3 2
6 .7 1 6 .9 8
7 .4 6 7 .8 5
8 .4 5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8
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DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 5 - 
 
 
 
1.1.2 Vehículos de carga en México. 
 
Respecto a la carga con vehículos, la siguiente gráfica detalla la cantidad de 
unidades con las que cuenta el país y que constituyen en promedio el 30% del total 
de vehículos circulando. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 Capitulo 2. Vehículos para transporte de carga sobre el total de vehículos en México. 
 
 
Fuente 
Estadísticas de Transporte de América del Norte 
http://nats.sct.gob.mx 
07 de diciembre de 2009 
 
La Base de Datos en Línea de Estadísticas de Transporte de América del Norte 
presenta información sobre el transporte y las actividades relacionadas con el 
transporte en Canadá, México y Estados Unidos, tanto dentro de cada país como 
entre los mismos. 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO 
1 
Vehículos de carga vs total de vehículos en México
32% 31% 31%
32% 32% 32%
30% 29% 29%
20%
22%
24%
26%
28%
30%
32%
34%
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Año
%
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
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1.2 Normatividad Oficial Mexicana. 
 
Cualquier vehículo que circule por la red de carreteras nacionales se debe apegar al 
peso y dimensiones estipulados en el reglamento emitido por la Secretaría de 
Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) el cual indica que solo podrán producirse o 
modificarse unidades fuera de estas especificaciones, con el permiso previo de la 
misma y el correspondiente de la Secretaría de Economía. 
 
La disposición anterior se complementa mediante un acuerdo de ambas Secretarias 
por el cual todas las Normas Oficiales Mexicanas para la fabricación del equipo 
automotor son signadas por el Director de Normas y el Director General de 
Transporte Terrestre. 
 
 
El 25 de marzo del 2008 se aprobó la Norma sobre Peso y Dimensiones Máximas, 
con la participación de representantes de asociaciones privadas y gubernamentales, 
estableciendo las especificaciones sobre pesos y dimensiones, por tipo de vehículo y 
tipo de camino, que deben cumplir los vehículos del auto transporte público y privado 
federal. 
 
Ver Anexo I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 Capitulo 1. Áreas involucradas en la norma. 
 
 
 
1.2.1 Resumen de la norma: 
 
1. Reduce el Peso Bruto Vehicular (PBV) y la descarga por eje. 
2. Solicita documento soporte de las condiciones de seguridad antes, durante y 
después de su recorrido. 
3. Permite la circulación de semirremolques con eje retráctil en dobles cajas, y con 
mayor altura total de los vehículos en donde sea permitido. 
 
 
CAPITULO 
1 
Desarrollo de la
actualidad económica
con productividad
Seguridad y
protección vial de
personas y bienes
en carreteras
Protección y
conservación de
la infraestructura
Desarrollo de la
actualidad económica
con productividad
Seguridad y
protección vial de
personas y bienes
en carreteras
Protección y
conservación de
la infraestructura
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 7 - 
 
 
 
Lo anterior se puede resumir con la siguiente figura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 Capitulo 1. partes de la norma 
 
 
La tabla siguiente muestra la autorización a la circulación de los vehículos por tipo de 
camino, en función de la cantidad de ejes y la carga máxima. 
 
 
Carga y longitud máxima 
 
 
Tipo de vehículo / 
 tipo de camino 
 
 
A 
 
B 
 
C 
Eje sencillo 
con dos llantas (ton) 
 
5.50 
 
5.00 
 
4.00 
Eje sencillo con 
cuatro llantas (ton) 
 
10.00 
 
9.00 
 
8.00 
2 ejes sencillos en tandém 
c/4 llantas c/u (ton) 
 
18.00 
 
15.00 
 
14.00 
3 ejes sencillos en tandém 
con 4 llantas c/u (ton) 
 
22.50 
 
No se 
 
permite 
Peso bruto vehicular 
 Máximo (ton) 
 
77.50 
 
 
 
35.00 
 
 
 
21.00 
Longitud máxima 
(m) 
 
22.00 
 
 
 
 
Ancho máximo con espejos 
(m) 
 
 
 
2.60 
 
 
 
Tabla 1 Capitulo 1. Especificaciones permisibles para los vehículos, por tipo de camino. 
 
CAPITULO 
1 
Tráfico
Modernización 
de la flota
vehicular
Peso
y
dimensiones
Reclasificación
de las
carreteras
Seguridad
de
vehículos
Verificación 
del
cumplimiento
de la norma
Daño a 
puentes y
pavimento
Gradualidad
de
autotanques
Responsabilidad
de usuarios y 
transportistas
Requerimiento
de infraestructura
y su
mantenimiento
Tráfico
Modernización 
de la flota
vehicular
Peso
y
dimensiones
Reclasificación
de las
carreteras
Seguridad
de
vehículos
Verificación 
del
cumplimiento
de la norma
Daño a 
puentes y
pavimento
Gradualidad
de
autotanques
Responsabilidad
de usuarios y 
transportistas
Requerimiento
de infraestructura
y su
mantenimiento
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________- 8 - 
 
 
 
1.2.2 Definiciones de tipos de caminos. 
 
La circulación de los vehículos sobre cada tipo de carretera está limitada a su 
longitud y peso. La tabla siguiente detalla esta información: 
 
Tipo de 
Camino 
Tipo de Red Consideraciones 
 
A 
 
Primaria Para la circulación con peso y dimensiones máximas. 
 
B 
 
Primaria 
Para cargas menores a las autorizadas por el 
camino "A". No se permite la circulación de 
semirremolques con tres ejes y 
combinaciones de doble semirremolque. 
 
C 
 
Secundaria 
Para la circulación de vehículos de eje 
sencillo, con límites de peso menores al tipo 
"A" y "B". 
 
ET 
 
Eje troncal Cubren las mayores especificaciones de seguridad y control. 
 
D 
 
Alimentadora 
Comunican las capitales de los estados, de 
las principales poblaciones y puertos y puntos 
fronterizos del país. 
 
S/D 
 
Local 
Comunican localidades medias, para 
desplazar su producción agrícola ó ganadera; 
y recibir artículos de consumo. 
 
Tabla 2 Capitulo 1. Clasificación de carreteras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 Capitulo 1. Red de carreteras en la Republica Mexicana. 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 9 - 
 
 
 
1.2.3 Clasificación de los vehículos. 
 
CLASE Nomenclatura 
Autobús B 
Camión unitario C 
Camión Remolque C-R 
Tractocamión T 
Tractocamión-Semirremolque T-S 
Tractocamión-Semirremolque-Remolque T-S-R 
Tractocamión-Semirremolque-Semirremolque T-S-S 
 
Tabla 3 Capitulo 1. Clasificación de vehículos por su clase, para equipo pesado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 4 Capitulo 1. Clasificación de vehículos de acuerdo a su peso bruto vehicular (PBV) 
 
 
 
1.3 Vehículos de carga. 
 
Los vehículos de carga se clasifican de acuerdo a las siguientes características: 
 
a) Características geométricas. 
b) Características de peso. 
c) Características de operación. 
 
CAPITULO 
1 
Número Nombre
1 Caja
2 Caseta.
3 Celdillas.
4 Chasis.
Clase kg de capacidad Tipo Descripción 5 Panel.
3 4,536 < PBV < 6,350 I Automóviles. 6 Pick-up.
4 6,350 < PBV < 7,257 II Ómnibuses. 7 Plataforma.
5 7,257 < PBV < 8,845 III Camiones 8 Redilas.
6 8,845 < PBV < 11,793 IV Remolques. 9 Refrigerado.
7 11,793 < PBV < 14,968 V Motocicletas. 10 Tanque.
8 14,968 < PBV VI Diversos. 11 Tractor.
VII Bicicletas. 12 Vanette.
13 Volteo.
14 Estacas.
15 Cabina.
16 Pipa.
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 10 - 
 
 
 
1.3.1 Características geométricas de los vehículos. 
 
Son inherentes a la construcción física del vehículo, las cuales incluyen: 
 
1. Longitud total (LT). 
Es la dimensión horizontal de la defensa delantera a la defensa trasera. 
2. Distancia entre ejes (EE). 
Es la dimensión horizontal medida entre los centros de los ejes de las ruedas y 
que determinan el radio de giro y la distribución de cargas en cada eje. 
3. Ancho total (WT). 
Es el ancho máximo del vehículo, medido en los espejos laterales. 
4. Alto total (AT). 
Es el alto máximo del vehículo, medido desde el piso y hasta el punto más alto 
de la caja de carga o tubo de escape. 
5. Tipo y cantidad de ejes. 
6. Cantidad de ruedas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 Capitulo 1. Características geométricas de un vehículo 
 
 
1.3.2 Características relativas al peso en los vehículos. 
 
Es función de su capacidad de carga y esta constituido por los siguientes elementos: 
 
a) Peso del Chasis (chasis araña, chasis cabina ó chasis coraza) 
b) Peso de la Carrocería. 
c) Peso de los Ocupantes. 
d) Peso de los Productos a transportar. 
e) Peso de los objetos varios que se llevan dentro del vehículo. 
 
 
En el mercado Mexicano existen diversas marcas que pueden ofrecernos el vehículo 
adecuado a las necesidades particulares y la tabla siguiente detalla la clasificación 
de los mismos, en función de su capacidad de carga, denominada serie. 
WT
AT
EE
LT
WT
AT
EE
LT
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 11 - 
 
 
 
La serie nos indica la capacidad de carga, sin indicar la aplicación a la que serán 
destinados. 
 
 
Serie del vehículo 
(kg x 10) 
Capacidad de carga 
(valores del Fabricante) 
Carga real utilizada 
por el usuario * 
150 1 ton 1.5 ton 
250 1.8 ton 2.5 ton 
350 2.4 ton 5 ton 
Chasis araña 2 ton 3 ton 
 
 Tabla 5 Capitulo 1. Capacidad de carga de los chasises en el mercado. 
 
* Considerando 800 kg de peso promedio de las cajas de lámina galvanizada. 
 
 
1.3.3 Características de operación de los vehículos. 
 
Están definidas por los siguientes conceptos: 
 
1. Su ubicación geográfica. 
2. Por el tipo y cantidad de productos que transporta. 
3. Tamaño y disposición de puertas de acceso y de trabajo. 
4. Diseño de la zona de carga. 
5. Dispositivos para el manejo de la carga en el interior del vehículo. 
6. Por las condiciones de manejo de la carga (seca, refrigerada) 
 
Y nos proporcionan los indicadores de: 
a) Costos de operación. 
b) Costos de mantenimiento. 
 
 
1.3.4 Costos de operación. 
 
Son producto del funcionamiento del vehículo y se refiere principalmente al costo del 
combustible consumido en un periodo de tiempo. 
 
Esta relación aritmética indica que entre más kilómetros recorre el vehículo, 
consume más combustible y requiere más revisiones y ajustes. 
 
 
 Su principal indicador es el rendimiento de combustible: 
 
 
 
 
 
Ecuación 1 Capitulo 1. Rendimiento de combustible. 
 
CAPITULO 
1 
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡=
l
km
consumidos ecombustibl de litros
recorridos km ecombustibl de oRendimient
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 12 - 
 
 
 
1.3.5 Costos de mantenimiento. 
 
Los costos de mantenimiento del vehículo están referenciados a los ciclos en los 
cuales se somete a revisión, a ajuste o a cambio de partes y componentes. 
 
Por su naturaleza, se distinguen dos tipos de mantenimiento: 
 Mantenimiento preventivo. 
 Mantenimiento correctivo. 
 
En el programa de mantenimiento preventivo se efectúan actividades programadas 
para mantenerlo en óptimas condiciones de funcionamiento. La programación es de 
acuerdo a un periodo de tiempo ó al recorrido que el vehículo cubre. 
 
El mantenimiento correctivo puede suceder en cualquier momento y es derivado de 
la falta de mantenimiento preventivo o debido a imprevistos durante la utilización del 
vehículo. 
 
Regularmente es más costoso ya que se incurren en gastos adicionales a la 
reparación o cambio del componente y que son entre otros: el pago de grúas, rentas 
para suplir el vehículo dañado, costo de las refacciones a precios de “urgencia”, en 
algunos casos la mano de obra (por ejemplo en un servicio HP), etc. 
 
 
El indicador que aglutina ambos mantenimientos es el siguiente: 
 
 
 
 
 
Ecuación 2 Capitulo 1. Costo por kilómetro recorrido 
 
 
1.3.6 Costo total. 
 
El costo total es la suma del costo de los combustibles y lubricantes que emplea, 
más los costos de mantenimiento preventivo y correctivo, que es igual a los costos 
de operación y mantenimiento del vehículo. 
 
 
Su modelo matemático es el siguiente: 
 
 
Costo total por kilómetro = Costo de operación + Costo de mantenimiento 
 
 
Ecuación 3 Capitulo 1. Costo total por kilómetro.
CAPITULO 
1 
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡=
km
$
recorridos km
servicio por costontomantenimie de kilometro por Costo
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURACONTROLADA 
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- 13 - 
 
 
 
1.4 Tipos de carrocerías. 
 
Las carrocerías se clasifican en tres tipos: 
 
a) Carrocerías integrales ó unicasco. 
b) Carrocerías semi integrales 
c) Carrocerías con chasis separado. 
 
1.4.1 Carrocería integral ó unicasco. 
 
Utilizadas en donde se requiere baja capacidad de carga y alto grado de comodidad. 
Los autobuses para transporte personal son un ejemplo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 Capitulo 1. Carrocería integral. 
 
 
1.4.2 Carrocería semi integral. 
 
Son los "chasis cabina". El diseño se limita al acondicionamiento de la zona de 
carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8 Capitulo 1. Chasis cabina. 
 
 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 14 - 
 
 
 
1.4.3 Carrocerías con chasis separado. 
 
En ellas se elabora completamente “el revestido” del vehículo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Capitulo 1. Carrocería con chasis separado 
 
 
 
1.5 Vehículos con temperatura controlada. 
 
Un vehículo con temperatura controlada cuenta con un dispositivo generador de 
refrigeración para mantener la temperatura dentro de su zona de carga a un rango 
especificado, según las necesidades de un proceso o sistema. 
 
 
1.5.1 Funcionamiento 
 
La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura de un 
objeto o espacio, a un valor menor a la temperatura ambiente. 
 
Los métodos más comunes para generar refrigeración son los siguientes: 
 
 Sistemas de compresión de gases y vapores. 
 Sistemas de estrangulamiento y expansión de un gas o vapor comprimido y 
 Los sistemas de absorción. 
 
 
Para este trabajo nos centraremos en la refrigeración por compresión. 
 
Este método consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un 
circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el 
fluido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro. 
 
Se logra evaporando un fluido refrigerante a través de un dispositivo de expansión 
dentro de un intercambiador de calor, conocido como evaporador, el cual permite 
una transferencia térmica con su entorno. 
 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 15 - 
 
 
 
Al evaporarse el fluido en estado líquido, cambia su estado a vapor. 
 
Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía 
térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o 
líquido. 
 
Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de 
aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador 
de calor conocido como condensador y hacerlo líquido de nuevo. 
 
Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su temperatura, 
para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante es necesario enfriarlo al 
interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 Capitulo 1. Diagrama del sistema de refrigeración por compresión. 
 
 
De esta manera, el refrigerante en estado líquido puede evaporarse nuevamente a 
través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión. 
 
Para el sistema de compresión, las características principales son: 
 
• Debe ser un sistema cerrado. 
• Una sustancia refrigerante tomará el calor del sistema y sufrirá un ciclo térmico. 
• Deberá ser capaz de bajar la temperatura a otro sistema, también cerrado y 
vecino del primero. 
 
 
Es así como la refrigeración por compresión crea zonas de alta y baja presión 
confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de 
energía se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de 
cambio de estado; de líquido a vapor, y viceversa. 
CAPITULO 
1 
Condensador
Evaporador
Compresor
Válvula de
expansión
Alta presión
Baja presión
Condensador
Evaporador
Compresor
Válvula de
expansión
Alta presión
Baja presión
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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1.5.2 Aplicaciones de la refrigeración. 
 
La refrigeración esta presente prácticamente en todos los procesos y actividades del 
ser humano: 
 
 La climatización de espacios. 
 La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se 
degraden con el calor. 
 En procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o 
materiales para su correcto desarrollo. Por ejemplo el mecanizado, la 
fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear..... 
 La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para licuar 
algunos gases o para algunas investigaciones científicas. 
 Para el enfriamiento de los motores de combustión interna. En la zona de las 
paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen 
temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito 
cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay 
en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un 
depósito de compensación. 
 Las Máquinas-herramientas llevan incorporado un circuito de refrigeración y 
lubricación para bombear el líquido refrigerante o aceite de corte sobre el filo 
de la herramienta 
 
Unidades de medida: 
 En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la potencia de los equipos se 
mide en vatios (W) o en múltiplos de sus unidades. 
 En el Sistema técnico de unidades se utiliza la caloría/hora. 
 En la práctica comercial, la potencia de refrigeración se mide en "toneladas 
de refrigeración", o en BTU´s. 
 
 
 
1.5.3 Gases refrigerantes. 
 
El clorofluorocarbono o clorofluorocarbonados (denominados CRC ó ClFC) son los 
derivados de los hidrocarburos saturados obtenidos mediante la sustitución de 
átomos de hidrógeno por átomos de flúor y/o cloro principalmente. 
 
Debido a su alta estabilidad fisicoquímica y su nula toxicidad, han sido muy usados 
como líquidos refrigerantes, agentes extintores y propelentes para aerosoles. 
 
Fueron introducidos a principios de la década de los 30´s para sustituir materiales 
refrigerantes peligrosos en su manejo o en caso de fuga, como el dióxido de azufre y 
el amoníaco. 
 
Debido a que destruyen la capa de ozono al reaccionar por la incidencia de la luz 
sobre sus moléculas, liberando un átomo de cloro con un electrón libre, denominado 
radical cloro, su fabricación y empleo fueron prohibidos por el protocolo de Montreal, 
Canadá, en 1987 y entró en vigor el 1º de enero de 1989. 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 17 - 
 
 
 
El radical cloro rompe la molécula del ozono y se estima que un solo átomo de cloro 
destruye hasta 30.000 moléculas de ozono. Además, permanecen más de cien años 
en las capas altas de la atmósfera, donde se encuentra el ozono. 
 
 
El ozono cumple un rol fundamental en la absorción de la radiación ultravioleta-B 
(UV-B) evitando que llegue a la superficie del planeta. 
 
 
El agotamiento de la capa de ozono por los CFC´s resultaría en un aumento de la 
radiación UV-B incidente sobre la superficie con efecto ambiental o a los cultivos, al 
fitoplancton marino y aumentando fuertemente el riesgo de cáncer de piel. 
 
El 11 de diciembre de 1997 los países industrializados se comprometieron, enla 
ciudad de Kioto, Japón, a ejecutar un conjunto de medidas para reducir los gases de 
efecto invernadero, denominado “Protocolo de Kioto sobre el cambio climático”. 
 
 
Tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases que causan el calentamiento 
global producto del efecto invernadero: 
 Dióxido de carbono (CO2) 
 Gas metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) 
 Clorofuorocarbonos (CIFC) 
 Perfluorocarbonos (PFC) 
 Hexafluoruro de azufre (SF6) 
 
En un porcentaje global de al menos un 5%, dentro del periodo del año 2008 al 
2012, en comparación a las emisiones al año 1990. 
 
 
El instrumento se encuentra dentro de los acuerdos de la Convención Marco de las 
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), suscrita en 1992 dentro de 
lo que se conoció como la Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro. 
 
El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, después de la ratificación por 
parte de Rusia el 18 de noviembre de 2004. 
 
Además del cumplimiento que estos países han hecho en cuanto a la emisión de 
gases de efecto invernadero se promovió también la generación de un desarrollo 
sostenible, de tal forma que también se utilicen energías no convencionales y así 
disminuya el calentamiento global. 
 
 
Estados Unidos firmó el acuerdo pero no lo ratificó, por lo que su adhesión sólo fue 
hasta el año 2001 en el cual se retiró. Es paradójico ya que con el 4% de la 
población mundial, consume alrededor del 25% de la energía fósil y es el mayor 
emisor de gases contaminantes del mundo. 
 
 
CAPITULO 
1 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 18 - 
 
 
CAPITULO 2 
Fundamentos Técnicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1 - Esfuerzo y Deformación 
2.2 – Momentos de Inercia 
2.3 - Análisis de marcos 
2.4 - Características del aluminio 
2.5 - Temperatura y Calor 
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 19 - 
 
 
 
CAPITULO 2 FUNDAMENTOS TÉCNICOS. 
2.1 Esfuerzo y Deformación. 
 
2.1.1 Esfuerzo normal. 
 
La fuerza por unidad de área o fuerzas distribuidas sobre la sección se denomina 
esfuerzo y se denota por la letra griega sigma :σ 
 
Considérese la figura siguiente, con un elemento de sección transversal de área A 
sometido a una fuerza axial P perpendicular al eje de la varilla 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 Capitulo 2. Esfuerzo normal 
 
Su estado de esfuerzos se obtiene mediante la siguiente formula: 
 
 
 
 
 
Ecuación 1 Capitulo 2. Esfuerzo normal 
 
Donde un signo positivo indica esfuerzo de tracción (tensión) y un signo negativo 
indica un esfuerzo de compresión. 
 
 
2.1.2 Esfuerzo cortante 
 
Cuando se aplican fuerzas transversales a un elemento, se desarrollan esfuerzos 
perpendiculares a la sección considerada, consideremos la siguiente figura: 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 Capitulo 2. Esfuerzo cortante. 
 
P=0
P>0
A
BB
C C
L
D
CAPITULO 
2 
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡= 2m
N
A
Pσ
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 20 - 
 
 
 
 
El estado de esfuerzos a que esta sometido ese cuerpo se denomina esfuerzo 
cortante y se denota por la letra griega tau:τ 
 
Su formula es la siguiente: 
 
 
 
 
Ecuación 2 Capitulo 2. Esfuerzo cortante 
 
2.1.3 Deformación. 
 
La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos 
internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia 
de dilatación térmica. 
La magnitud más simple para medir la deformación es la deformación axial o 
deformación unitaria. 
Se denota por la letra griega epsilón: 
Y se define como el cambio de longitud por unidad de longitud: 
 
 
 
 
Ecuación 3 Capitulo 2. Deformación 
y 
 
 
 
Ecuación 4 Capitulo 2. Deformación unitaria 
Donde: 
ε = Deformación unitaria 
L = Longitud 
δ = Deformación 
 
y dado que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación 
 
 
 
Ecuación 5 Capitulo 2. Esfuerzo y deformación 
 
 
Donde E es el módulo de elasticidad o módulo de Young del material. 
Ver Anexo II en donde se listan los valores de E para diferentes materiales. 
CAPITULO 
2 
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡= 2A
P
m
Nτ
s
sss −
=
Δ
=
´
s
ε
L
δε =
εσ E =
ε
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 21 - 
 
 
 
Igualando las ecuaciones 1 y 5 
 
 
 
 
y sustituyendo la deformación unitaria según la ecuación 4, tenemos: 
 
 
 
Despejando δ obtenemos la ecuación que define la Ley de Hooke para cuerpos 
elásticos: 
 
 
 
Ecuación 6 Capitulo 2. Ley de Hooke 
Donde : 
δ : Es la deformación axial de la barra (m) 
P : Es la carga aplicada (kg) 
L : Es la longitud inicial de la barra (m) 
A : Es el área de la sección transversal de la barra (m²) 
E : Es el módulo de elasticidad del material (kg/m²) 
 
 
Despejando P de 6 tenemos: y determinamos que la deformación 
 
unitaria en un elemento, bajo una carga P, depende de su sección transversal 
 
“A” y del material del que esta hecho “E”. 
 
 
2.1.4 Esfuerzos bajo condiciones generales de carga. 
 
En general los esfuerzos presentes en los componentes de maquinas y estructuras 
están sometidas a condiciones complejas de carga. Consideremos un cuerpo sujeto 
a varias cargas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 Capitulo 2. Cuerpo sometido a condiciones generales de carga. 
 
CAPITULO 
2 
εσ E
A
P
==
AE
PL = δ
P AE
L
=
δ
L
δ
 
L
E δ=
A
P 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 22 - 
 
 
 
Hacemos una sección Q-Q´ y tomamos la sección de la izquierda: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 Capitulo 2. Descomposición de los componentes de la fuerza. 
 
 
Para mantener el equilibrio, existen dos componentes de la fuerza: un componente 
axial, igual a la fuerza normal y otro que debe descomponerse en dos ya que 
desconocemos su dirección: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ecuaciones 7 Capitulo 2. Grupo de ecuaciones para el equilibrio 
 
 
Efectuando las operaciones correspondientes se encuentra que para definir 
completamente el estado de esfuerzo en un punto, se necesitan 6 componentes: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ecuaciones 8 Capitulo 2. Componentes de una fuerza en el espacio. 
 
 
P1
P4
Y
X
Z
A
F
x
y
z
P1
P4
Y
X
Z
A
F
x
y
z
CAPITULO 
2 
A
V
A
V
A
F
x
z
Azx
x
y
Ayx
x
Ax
Δ
Δ
=
Δ
Δ
=
Δ
Δ
=
→Δ
→Δ
→Δ
0
0
0
lim 
 lim 
 lim
τ
τ
σ
0 0 0
0 0 0
=∑=∑=∑
=∑=∑=∑
zyx
zyx
MMM
y
FFF
 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 23 - 
 
 
 
2.1.5 Esfuerzo final. 
 
Se determina en ensayos normalizados de laboratorio e indica la máxima fuerza que 
un material soporta bajo las condiciones de carga establecidas. 
 
Un elemento estructural debe diseñarse de modo que su carga final sea 
considerablemente mayor a la carga a la que estará sometido en condiciones 
normales de funcionamiento. Dicha carga se denomina carga de carga admisible, de 
diseño o de trabajo: 
 
 
 
 Ecuación 9 Capitulo 2. Esfuerzo final 
 
2.1.6 Factor de seguridad 
 
Se denomina factor de seguridad a la razón de la carga final a la carga admisible.y algunas veces 
 
 
 
 Ecuación 10 Capitulo 2. Factor de seguridad 
 
 
 
2.2 Momento de Inercia. 
 
2.2.1 Definición de Momento de Inercia. 
 
El Momento de Inercia, también denominado Segundo Momento de Área; Segundo 
Momento de Inercia o Momento de Inercia de Área, es una propiedad geométrica de 
la sección transversal de los elementos estructurales. 
 
 
La inercia es la propiedad de la materia de resistir a cualquier cambio en su 
movimiento, ya sea en dirección o velocidad. 
 
 
Se describe en la Primera Ley del Movimiento de Newton, que postula: 
“Un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo, y un objeto en movimiento 
tiende a continuar moviéndose en línea recta, a no ser que actúe sobre ellos una 
fuerza externa”. 
 
 
Inercia a la Rotación. 
Cualquier cuerpo que efectúa un giro alrededor de un eje, desarrolla una resistencia 
a cambiar su velocidad de rotación y la dirección de su eje de giro. La inercia de un 
objeto a la rotación está determinada por su Momento de Inercia, siendo ésta ‘’la 
resistencia que un cuerpo en rotación opone al cambio de su velocidad de giro’’. 
CAPITULO 
2 
A
Pu
u =σ
admisible Carga
final CargaFS =
admisible Esfuerzo
final EsfuerzoFS =
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 24 - 
 
 
 
El momento de inercia realiza en la rotación un papel similar al de la masa en el 
movimiento lineal. Por ejemplo, si con una honda se lanza una piedra pequeña y una 
grande, aplicando la misma fuerza a cada una, la piedra pequeña se acelerará 
mucho más que la grande. 
 
El momento de inercia es pues similar a la inercia, con la diferencia que es aplicable 
a la rotación más que al movimiento lineal. Depende de la distribución de masa en 
un objeto. Cuanta mayor distancia hay entre la masa y el centro de rotación, mayor 
es el momento de inercia. 
 
Se relaciona con las tensiones y deformaciones máximas producidas por los 
esfuerzos de flexión en un elemento estructural, por lo cual este valor determina la 
resistencia máxima de un elemento estructural bajo flexión junto con las propiedades 
de dicho material. 
 
 
 
2.2.2 Momento de Inercia general. 
 
Para una masa puntual y un eje arbitrario, el momento de inercia es: 
 
 
Ecuación 11 Capitulo 2. Momento de Inercia 
 
donde m es la masa del punto, y r es la distancia al eje de rotación al eje x. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 Capitulo 2. Momento de Inercia respecto al eje x 
 
 
2.2.3 Momento de Inercia para un sistema de partículas. 
 
Dado un sistema de partículas y un eje arbitrario, se define como la suma de los 
productos de las masas de las partículas por el cuadrado de la distancia r de cada 
partícula a dicho eje. Matemáticamente se expresa como: 
 
 
 
Ecuación 12 Capitulo 2. Momento de Inercia de un sistema de partículas. 
 
CAPITULO 
2 
cg
Y
r
X
cg
Y
r
X
2mrIx =
2
iix rmI ∑=
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 25 - 
 
 
 
2.2.4 Teorema de Steiner o Teorema de los ejes paralelos 
 
El Teorema de Steiner (Jakob Steiner) establece que el momento de inercia con 
respecto a cualquier eje paralelo a un eje que pasa por el centro de masa, es igual al 
momento de inercia con respecto al eje que pasa por el centro de masa más el 
producto de la masa por el cuadrado de la distancia entre los dos ejes: 
 
 
 
Ecuación 13 Capitulo 2. del Teorema de Steiner. 
 
Donde: 
Ir = es el momento de inercia respecto al eje que no pasa por el centro de masa. 
Icg = es el momento de inercia para un eje paralelo al anterior que pasa por el centro 
de masa. 
m = masa Total 
h = distancia entre los dos ejes paralelos considerados. 
 
 
Cálculo del momento de inercia de áreas compuestas: 
 
1. Dividir el área compuesta en varias partes que sean simples. 
2. Determinar las áreas de las partes, designarlas por A1, A2, .... An 
3. Determinar las coordenadas del centro de masas de estas partes (xi, yi) con 
respecto a los ejes x e y. 
4. Calcular el centro de masa (xcg, ycg) de toda la figura formada por todas las 
áreas parciales anteriores. 
5. Calcular las distancias de los centros de masa de cada área respecto al 
centro de masa del total de la figura. 
6. Calcular los momentos de inercia de las partes respecto a sus ejes de centro 
de masas (que serán paralelos a "x" e "y") Designar como: I(i, x) e I(i, y), para 
el área i-ésima. 
7. Calcular el momento de inercia de cada parte respecto a los ejes x e y 
aplicando el Teorema de Steiner: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 Capitulo 2. Momento de inercia de áreas compuestas 
 
2
1
h
b x
6
34
e
y
5
CAPITULO 
2 
2mhII cgr +=
http://es.wikipedia.org/wiki/Jakob_Steiner�
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 26 - 
 
 
 
Las ecuaciones son las siguientes: 
 
 
 
 
 
 
Ecuaciones 14 Capitulo 2. Determinación del momento de inercia de una figura compuesta. 
 
8. Calcular los momentos de inercia del área compuesta a partir de los 
momentos anteriores 
 
 
En este caso, la figura mostrada se dividió en 6 rectángulos independientes. Cada 
rectángulo tiene su momento de inercia, y por el Teorema de Steiner, se efectuó el 
traslado del momento de Inercia centroidal a los ejes principales “x” y “y”. 
 
 
2.3 Análisis de marcos y estructuras. 
 
 
2.3.1 Definiciones y métodos manuales de cálculo. 
 
Los marcos o estructuras reticulares están formados por barras que intersecan y 
cuyos ejes están en un mismo plano. Trabajan a flexión y por lo tanto están sujetos a 
momento flexionante, fuerza cortante y fuerza normal. En general son estructuras 
hiperestáticas y sus incógnitas se calculan formulando ecuaciones independientes 
obtenidas de las condiciones de equilibrio estático y de las relaciones entre los 
esfuerzos y las deformaciones. Su análisis se limita al rango elástico. 
 
Los métodos de cálculo más conocidos son: 
• Método de trabajo real: Utiliza el principio de conservación de energía, el cual 
debe ser igual al trabajo interno de deformación producido por los esfuerzos 
causadas por las cargas. Esta limitado al análisis de una incógnita, no más de un 
desplazamiento o rotación. 
• Método de Castigliano: Emplea la derivada parcial del trabajo de la deformación 
elástica, expresada en función de la fuerza; es igual al desplazamiento de su 
punto de aplicación y sentido de las fuerzas. 
• Método de trabajo virtual: Es el más versátil de los métodos tradicionales. Pero 
sólo es aplicable en donde está permitida la superposición, por su forma finita de 
análisis. 
• Método de la doble integración: Permite ver la ecuación de curvatura de la viga, 
la cual resulta del análisis de la ecuación diferencial de la línea elástica de una 
viga a flexión pura. La primera integración da la pendiente proporciona la elástica 
en cualquier punto; la segunda integración obtiene la ecuación de la elástica 
misma. 
• Método de área de momentos: Es muy útil para el cálculo de pendientes y 
deflexiones de vigas y pórticos. 
CAPITULO 
2 
2
1,,
2
1,,
)(
)(
cgiyiycgi
cgixixcgi
xxAII
yyAII
−+=
−+=
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 27 - 
 
 
 
• Método de la viga conjugada: Consiste en cambiar el problema de encontrar las 
pendientes y deflexiones causadas en una viga por un sistema de cargas 
aplicadas. Tiene la ventaja de que no necesita conocer previamente un punto de 
tangente cero, por lo cual sepuede averiguar directamente la pendiente y 
deflexión en cualquier punto de la elástica. 
• Método de Cross: También conocido como método de distribución de momentos. 
Si se efectúa manualmente es más rápido que el método pendiente-deformación, 
ya que se realiza de manera iterativa. Las ecuaciones se obtienen del teorema 
de Mohr y por lo tanto solo se considera el efecto por flexión. 
 
2.3.2 Método de Cross. 
 
Desde 1930, fecha de publicación del método, hasta que las computadoras 
comenzaron a ser usadas en el diseño y análisis de estructuras, fue el más 
usado en la práctica. 
Calcula el efecto de los momentos flectores e ignora los efectos axiales y 
cortantes, lo cual es suficiente para fines prácticos. 
 
Procedimiento de solución: 
 
1. Calcular las rigideces angulares relativas y las rigideces absolutas. 
2. Determinar los factores de transporte y calcular los momentos de 
empotramiento perfecto. 
3. Efectuar la distribución de momentos y calcular la fuerza que impide el 
movimiento del cabezal del marco. 
4. Efectuar una corrección de acuerdo a los siguientes métodos: 
a. Suponer un desplazamiento del cabezal, calcular los momentos que lo 
producen y determinar la fuerza que causa ese desplazamiento. 
b. Suponer el valor de los momentos y calcular la fuerza. 
5. Realizar una nueva distribución de momentos con los valores encontrados. 
6. Calcular con estos valores la fuerza que impide el movimiento del cabezal y 
obtener el factor de corrección con las fuerzas encontradas en 3. 
7. Recalcular los momentos de 6, considerando el factor de corrección. 
8. Sumar algebraicamente los valores de los momentos de 3 y 6, obtener las 
reacciones Isostáticas e Hiperestáticas del sistema completo. 
9. Comprobar el equilibrio de fuerzas. 
 
 
Rigidez angular ra 
 
Es el momento en un punto “x” de una barra que produce un giro unitario, sin 
desplazamiento lineal. 
 
 
 
Ecuación 15 Capitulo 2. Rigidez angular 
 
CAPITULO 
2 
ra===
L
4EIM
L
4EIM & 111 θ
http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_flector�
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 28 - 
 
 
 
Donde: 
M = Momento (Kg-m) 
E = Módulo de elasticidad del material (kg/cm2) 
L = Longitud del elemento analizado 
θ = Giro del nodo (radianes) 
r = Desplazamiento del nodo (m) 
 
 
Fta= Factor de transporte angular. 
 
Es la transmisión del efecto de un momento aplicado en el extremo de un elemento y 
que repercute en el otro extremo. Es función de la configuración de los apoyos. 
 
 
 
 
 
Ecuación 16 Capitulo 2. Factor de transporte angular para elemento empotrado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 Capitulo 2. Valores del factor de transporte angular. 
CAPITULO 
2 
 02=1
02=-1
01=1
01=1
6 EI / L 1
0 0
2 EI / L - 1
01=1
01=1
4 EI / L 1 / 2
3 EI / L 0
Factor de
Transporte
RigidezEstructura
2
1
M1
M2Fta ==
 
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- 29 - 
 
 
 
2.3.3 Análisis por elemento finito. 
 
En el cálculo estructural, el método de elementos finitos (M.E.F.) puede ser 
entendido como una generalización de estructuras al análisis de sistemas continuos. 
 
El principio del método consiste en la reducción del problema con infinitos grados de 
libertad, por un problema en el que intervenga un número finito de variables 
asociadas a ciertos puntos característicos denominados nodos. 
 
Las incógnitas dejan de ser funciones matemáticas del problema, para pasar a ser 
los valores de dichas funciones en un numero infinito de puntos.Otro método es 
restringir el análisis a los corrimientos de los nudos de unión. 
 
En realidad no se trata de algo nuevo a lo comentado anteriormente. La diferencia 
estriba en que el análisis del continuo, la segmentación en elementos y la correcta 
posición de los modos es, hasta cierto punto, arbitraria. 
 
El método tiene su origen en el campo del análisis estructural. Los primeros 
desarrollos fueron en la industria aeronáutica, donde los investigadores batallaban 
para diseñar la membrana delgada del fuselaje y de las alas de un avión a chorro. 
 
En 1960, Ray Clough acuño el término "método del elemento finito" en un 
documento que publicó en las actas de la segunda conferencia sobre cálculos en 
electrónica, auspiciada por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. El método 
se desarrolló como una extensión de las técnicas de análisis estructural 
establecidas. 
 
Actualmente el método ha sido generalizado hasta constituir un potente método de 
cálculo numérico, capaz de resolver cualquier problema de la física formulable como 
un sistema de ecuaciones, abarcando los problemas de la mecánica de fluidos, de la 
transferencia de calor, del magnetismo, acústicas, etc. 
 
 
2.3.4 Principios del método de análisis por elemento finito. 
 
Resumen de los principios del método de análisis por elemento finito:: 
 
1. Establecer los pasos generales de la solución del método por rigidez. 
2. Plantear y desarrollar una matriz de rigidez del elemento mediante un método de 
energía. 
3. Emplear el método de mínimos cuadrados para resolver una ecuación diferencial 
y para formar una matriz de rigidez. 
4. Capturar toda la información en el ordenador que contenga el programa. 
5. Ejecutar el programa para obtener los resultados y analizarlos. 
 
 
 
 
 
CAPITULO 
2 
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 30 - 
 
 
 
El análisis por elemento finito ofrece la ventaja de conocer las distribuciones de 
esfuerzos y deformaciones por trabajo, en forma de valores individuales y gráficas. 
 
El procedimiento depende de las características del problema en cuestión, sin 
embargo los pasos generales se pueden mantener. 
 
 
El diagrama del procedimiento sugerido aparece a continuación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8 Capitulo 2. Diagrama del Método del Elemento finito. 
CAPITULO 
2 
Criterio de evaluación
Análisis (dinámico, 
 estático, acústico) 
Tipo de elementos 
 (grado de refinación)
Alimentar con las 
propiedades de 
 los materiales 
Preparación del 
método 
Alimentar al equipo 
(localizar cargas) 
Análisis utilizando 
 el programa 
¿Resultados 
 ok? 
Definir forma de 
 obtener los resultados
Revisar resultados 
 con otro método 
¿Deben analizarse 
mas cargas? 
SI
SINO 
NO
¿Correcto 
Ergonómicamente ? 
NO
SI
FIN
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 31 - 
 
 
 
2.4 Aluminio. 
Después del acero es el metal con más usos por parte del ser humano, también es 
el tercer elemento más común en la corteza terrestre, ya que sus compuestos 
forman el 8% de su superficie y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, 
de la vegetación y de los animales. 
En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos y micas) 
Su símbolo químico es Al y su número atómico es 13. Tiene estructura cristalina 
cúbica de cara centrada, un punto de fusión de 650 °C y densidad 2.710 kg/m3 
 
Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. 
 
Sus propiedades más significativas son la alta resistencia a la corrosión, excelente 
conductividad térmica y eléctrica, excelente reflectividad luminosa, metal anti-chispa, 
anti-magnético, muy maleable, dúctil, por ser suave es altamente maquinable, 
forjable y mucha facilidad para producir elementos extrusionados. 
 
Su expansióntérmica es cerca del doble del acero y un tercio mayor del Bronce. 
 
Aunque es químicamente activo, la presencia de una película de óxido auto 
preservativa, que se adhiere firmemente a su superficie, impide que se manifieste 
dicha actividad química, excepto bajo condiciones que tiendan a remover esta 
película superficial. El ácido clorhídrico y la mayoría de los álcalis disuelven la 
película protectora de la superficie, lo que permite un ataque bastante rápido. 
 
 
 
2.4.1 Proceso de extracción 
 
El método más común es el proceso Bayer, donde una mezcla de bauxita (mineral 
que contiene altas cantidades de aluminio), sosa y calcio, se funden a alta 
temperatura y se obtiene un subproducto denominado alúmina. 
 
El proceso es relativamente sencillo y consiste de los siguientes pasos: 
1. La bauxita es triturada y se disuelve y calienta con sosa cáustica, cal y 
carbonato de sodio. 
2. Esta mezcla forma aluminato de sodio. 
3. El sílice se precipita como silicato de sodio y aluminio. 
4. La solución de aluminato de sodio se hidroliza para obtener hidróxido de 
aluminato. 
5. El hidróxido de aluminio se calcina a 980 °C 
6. Al enfriarse la alúmina se manda a la planta de reducción. 
7. La sosa cáustica se concentra para volver a utilizarla. 
 
 
 
 
CAPITULO 
2 
http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad�
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 32 - 
 
 
 
La reacción química es la siguiente: 
 
 
Al2O3 + 3H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 4H2O 
 
Ecuación 17 Capitulo 2. Ecuación de equilibrio para obtener alúmina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Capitulo 2. Diagrama del proceso de extracción del aluminio. 
 
 
2.4.2 Aleaciones y temple. 
 
Las aleaciones de aluminio poseen mejores características para ser fundidas y 
maquinadas, mejores propiedades mecánicas y por tanto, se emplean en mayor 
extensión que el metal puro. 
 
Reúne las características para aplicaciones automotrices y su desempeño es función 
del grado en el cual, son reconocidas y tomadas en cuenta durante el diseño y las 
operaciones de fabricación y ensamble. 
 
Existe una gran división entre los tipos de aleaciones en función del procedimiento 
en cómo se endurecen: Endurecidas térmicamente y Endurecidas por adición de 
elementos. 
Cal
NaOH para compensar 
pérdidas
Separador
Digestor
Clasificador
Horno de Cal
Al (OH)3 
Molino
Bauxita
Al O3
Residuos
Filtro
Residuos
Filtro
Cal
NaOH para compensar 
pérdidas
Separador
Digestor
Clasificador
Horno de Cal
Al (OH)3 
Molino
Bauxita
Al O3
Residuos
Filtro
Residuos
Filtro
CAPITULO 
2 
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 33 - 
 
 
 
Clasificación de las aleaciones por tipo de endurecimiento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 Capitulo 2. Clasificación de las aleaciones de aluminio, de acuerdo al tratamiento térmico. 
 
Descripción de los temples: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1 Capitulo 2. Clasificación del grado de temple de las aleaciones de aluminio 
 
CAPITULO 
2 
Designación Descripción
F Si se usa como ha sido fundida.
O Recocido en las aleaciones forjadas.
H Duras. Aplica a productos que incrementan su dureza con o sin tratamiento térmico.
H1 Endurecido hasta obtener la dureza deseada sin tratamiento térmico complementario.
H2 Endurecido más de lo deseado y reducido hasta el nivel apropiado.
H3
Endurecidos más de lo deseado y que por medio de tratamiento a baja temperatura se
estabilizan las propiedades mecánicas solicitadas, resultando disminución de la resistencia
a la tensión y alta ductilidad.
W Temple inestable. Aplica a productos que se someten a envejecimiento después del temple.
T Temple estable. Aplica a productos que son tratados térmicamente con o sin la obtención
de dureza complementaria.
T1 Enfriado desde una temperatura elevada y después envejecido naturalmente hasta una
T2 Enfriado desde una temperatura elevada y envejecido naturalmente hasta una condición
substancialmente estable.
T3 Trabajado en frío para aumentar su resistencia.
T4 Tratado térmicamente y después envejecido naturalmente hasta una condición estable.
T5 Enfriado desde una temperatura elevada y después envejecido artificialmente.
T6 Tratado térmicamente y después envejecido artificialmente.
T7 Enfriado desde una temperatura elevada y estabilizado, para llevar mas allá del máximo
esfuerzo y controlar ciertas características especiales.
T8 Tratado térmicamente, trabajado en frío y después envejecido artificialmente.
T9 Tratado térmicamente, envejecido artificialmente y después trabajo en frío.
T10 Enfriado desde temperatura elevada, envejecido artificialmente y trabajado en frío.
0
69
138
345
276
207
414
463
552
621
10 20
207
276
345
138
69
0
2010 30
Aleaciones que 
aceptan tratamiento térmico
Aleaciones que 
No aceptan tratamiento térmico
M
áx
im
a 
R
es
is
te
nc
ia
 a
 
la
C
ed
en
ci
a
(M
Pa
)
M
áx
im
a 
R
es
is
te
nc
ia
 a
 la
C
ed
en
ci
a
(M
Pa
)
Serie 7000
Serie 2000
Serie 6000
% de Elongación
% de Elongación
Serie 5000
Serie 3000
Serie 1000
0
69
138
345
276
207
414
463
552
621
10 20
207
276
345
138
69
0
2010 30
Aleaciones que 
aceptan tratamiento térmico
Aleaciones que 
No aceptan tratamiento térmico
M
áx
im
a 
R
es
is
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nc
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la
C
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Pa
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M
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im
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R
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 la
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ci
a
(M
Pa
)
Serie 7000
Serie 2000
Serie 6000
% de Elongación
% de Elongación
Serie 5000
Serie 3000
Serie 1000
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 34 - 
 
 
 
Descripción general de las aleaciones. 
 
a) Endurecidas por tratamiento térmico. 
Son las series 2000, 6000 y 7000, las cuales después de un tratamiento térmico de 
temple y envejecimiento (mantener a la aleación a la temperatura ambiente durante 
unos cuantos días, en el envejecimiento natural, o unas cuantas horas, en el 
envejecimiento artificial), hasta alcanzar una pronunciada dureza. Empleado para 
estructuras que están sometidas a esfuerzos considerables. 
 
Designación de Temple. 
Es la secuencia de tratamientos básicos utilizados para producir los varios temples. 
En la nomenclatura, la designación del temple se indica con una letra mayúscula 
colocada después de la designación de la aleación, separada por un guión. 
 
Las subdivisiones del temple se indican con uno o más dígitos después de la letra. 
Los tratamientos térmicos específicos y los grados de trabajo en frío se indican con 
números, por ejemplo, T7 o H14. 
 
Cuando se acostumbra usar una aleación tal y como ha sido fundida, se omite la 
designación del temple para indicar que se trata de una condición de tal como ha 
sido fundida. 
 
En la figura siguiente se muestra un ejemplo: 
 
 2024-T3 
 
Figura 11 Capitulo 2. Nomenclatura de las aleaciones 
 
aleación serie 2000 base cobre con tratamiento térmico T3. 
 
 
Descripción de la clasificación de los elementos aleantes 
 
1.- El primer dígito indica el tipo de aleación: 
 
 
Dígito Principal elemento aleante 
1 99 % o más de aluminio. 
2 Cobre. 
3 Manganeso. 
4 Silicio. 
5 Magnesio. 
6 Magnesio + Silicio. 
7 Zinc. 
 
Tabla 2 Capitulo 2. Principales elementos aleantes del aluminio 
 
 
CAPITULO 
2 
 
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 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
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- 35 - 
 
 
 
2.- El segundo dígito indica modificaciones específicas en laaleación. 
3.- Los dos últimos dígitos identifican la aleación específica del aluminio ó su pureza. 
 
 
Serie elemento 
aleante 
Características principales 
1000 Hierro + Silicio 
Excelente resistencia a la corrosión, alta conductividad 
térmica, eléctrica y maquinabilidad, bajas propiedades 
mecánicas. 
2000 Cobre 
Requiere tratamiento térmico para obtener sus 
propiedades óptimas. Presenta propiedades semejantes al 
acero, y algunas veces las excede. 
3000 Manganeso (Mn) 
Aplicación en donde se requiere bajo o moderado 
esfuerzo y buena maquinabilidad. 
4000 Silicio (Si) Se utiliza normalmente como material de aporte en la soldadura por arco y en la soldadura dura. 
5000 Magnesio Posee buenas características para soldar, además de buena resistencia a la corrosión en ambientes marinos. 
6000 Magnesio + Silicio 
Posee buena resistencia a la corrosión y el formado. Tiene 
media dureza. 
7000 Zinc Posee muy alta dureza. 
 
Tabla 3 Capitulo 2. Tipos de aleaciones de aluminio. 
 
 
2.4.3 Propiedades mecánicas de las aleaciones. 
 
 Esfuerzo a la Tensión Esfuerzo Módulo de Soldabilidad 
Aleación Último 
[MPa] 
Cedencia 
[MPa] 
al Corte 
[MPa] 
Elasticidad [MPa] Gas Arco 
5052-H0 195 90 125 70 si si 
5052-H32 230 195 140 70 si si 
5052-H34 260 215 145 70 si si 
6061-T4 240 145 165 69 si si 
6061-T6 310 275 205 69 si si 
6063-T1 150 90 95 69 si si 
6063-T5 185 145 115 69 si si 
6063-T6 240 215 150 69 si si 
2017-T4 425 275 260 75 no no 
2024-T4 470 325 285 73 no no 
5457-H25 180 160 110 69 si si 
5454-H32 275 205 165 70 no no 
5454-H34 305 240 180 70 no no 
6009-T4 220 125 150 69 si si 
 
Tabla 4 Capitulo 2. Propiedades mecánicas de las aleaciones mas comunes. 
 
 
CAPITULO 
2 
 
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- 36 - 
 
 
 
Dependiendo de la forma, se tiene la siguiente clasificación: 
 
 
 
Nombre Espesor (mm) 
Ancho disponible 
(mm) 
Usos /presentación 
Lámina 0.15 < e < 6.3 Lienzos y rollo 
Placa 6.3 < e > 2600 Lienzos y rollo 
Foil 0.15 > e Materiales de empaque, 
aislamiento y cápsulas 
 
Tabla 5 Capitulo 2. Características relativas a la forma del producto. 
 
 
 
Nombre Diámetro (mm) 
Alambre 10 > Φ 
Varilla 10 < Φ 
Barra 10 > Φ (entre caras paralelas) 
 
 
Tabla 6 Capitulo 2. Características relativas a la forma del producto II 
 
 
 
Extrusiones. 
El término “extrusión” se suele aplicar tanto al proceso como al producto obtenido 
cuando un lingote cilíndrico caliente de aluminio (llamado tocho) pasa a través de 
una matriz con la forma adecuada (extrusión directa o hacia delante). 
 
El perfil resultante puede usarse en tramos largos, o se puede cortar para usarlo en 
estructuras, vehículos o componentes. La extrusión también se usa como materia 
prima para barras mecanizadas, productos de forja o de extrusión en frío. 
 
Los perfiles convencionales son desde ángulos de lados iguales, hasta formas muy 
elaboradas, dependiendo de la aplicación, sea arquitectónica, estructural ó 
decorativa. 
 
Tuberías y conductos. 
El tipo de proceso de fabricación depende de las tolerancias de fabricación y la 
aleación que se utilice. Se produce por extrusión, soldadura o formado en frío. 
 
CAPITULO 
2 
 
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- 37 - 
 
 
 
Las aplicaciones comerciales incluyen los siguientes grupos: 
 
 
Aleación Tratamiento Forma del Producto Aplicación 
 
3004 
 
H-291 
 
Lámina Forros (0.810) Costados (0.100) 
 
5052 
 
H-32 o H-34 
 
Lámina 
 
Paneles Exteriores 
 
5052 
 
H-32 o H-34 
 
Lámina 
 
Paneles Interiores 
 
6061 
 
T-4 o T-6 
 
Lámina y extrusión 
 
Estructural 
 
2017 
 
T-4 
 
Alambre y remaches 
 
Sujetadores 
 
2024 
 
T-4 
 
Alambre y remaches 
 
Sujetadores 
 
5052 
 
H-2x 
 
Lámina 
 
Carga 
 
5457 
 
H-3x 
 
Lámina 
 
Carga 
 
5052 
 
H-32 o H-34 
 
Lámina, placa y extrusión 
 
General 
 
5054 
 
H-32 o H-34 
 
Lámina, placa y extrusión 
 
General 
 
Tabla 7 Capitulo 2. Aplicaciones de aleaciones más comunes. 
 
 
 
2.4.4 Métodos de sujeción. 
 
El aluminio y sus aleaciones pueden ser unidas por soldadura de resistencia, de gas 
inerte, soldadura fuerte o por adhesivo. La selección del proceso depende de la 
composición de la aleación, del espesor, de la configuración de la unión y del 
ambiente de servicio. 
 
Para uniones de piezas en donde se localicen grandes esfuerzos, la sujeción 
mediante remaches o tornillos es más aplicable. En éste caso, se recomienda utilizar 
elementos de sujeción que tengan un tratamiento antioxidante, a fin de evitar el 
contacto directo con el aluminio y con ello la corrosión por efecto galvánico. 
 
 
Soldadura de aluminio. 
La selección del proceso de soldadura depende en gran medida de los 
requerimientos del producto final y de las consideraciones económicas. 
Los procedimientos para soldar requieren, en donde sea posible, un rápido ciclo de 
aplicación y una zona lo más angosta posible. 
Normalmente la falla de la soldadura ocurre por excesiva concentración térmica, esto 
puede reducirse con la utilización de un metal de relleno de punto de fusión inferior 
al del metal base (482°C a 652°C). 
CAPITULO 
2 
 
DISEÑO DE UNA CAJA PARA TRANSPORTE DE PRODUCTOS 
 QUE REQUIEREN DE UNA TEMPERATURA CONTROLADA 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
- 38 - 
 
 
 
El procedimiento para soldar requiere la remoción de la película delgada, tenaz y 
transparente, de óxido de aluminio que se forma en su superficie y que lo protege 
(tiene temperatura de fusión de 2038 °C) 
 
La remoción puede ser por reducción química o por medios mecánicos como el 
maquinado, limado o cepillado con cepillo de alambre de acero inoxidable. 
 
 
Soldadura de arco de tungsteno con gas. 
Este tipo de soldadura se realiza dentro de una atmósfera inerte y puede ser manual 
o mecanizada. Debido a las altas densidades de corriente y al arco de tungsteno 
inherentemente estable, se logra buena velocidad, precisión y una zona de 
soldadura angosta y de buena penetración. Estos son los factores que minimizan la 
distorsión, reducen los esfuerzos de concentración e inhiben los cambios 
estructurales en las aleaciones tratadas térmicamente. Se puede aplicar en todas 
posiciones. 
 
 
Soldadura de arco metálico con gas. 
El gas que se emplea puede ser argón, helio o una mezcla de ambos. En éste 
proceso el arco de soldadura se forma por el metal de relleno, que sirve como 
electrodo y que se puede alimenta a partir de una bobina. 
No tiene muy buena precisión al soldar en calibres muy delgados, sin embargo es 
más económico para secciones gruesas en lugar del arco de tungsteno. 
 
 
Soldadura fuerte de aluminio. 
Requiere estricto control de temperatura y un fundente que quite la película de óxido 
de aluminio y evitar que se vuelva a formar. Después de soldar, el fundente se debe 
quitar completamente para evitar que corroa al aluminio. 
Las aleaciones 1000, 3003, 3004, 5050, 6000 y las aleaciones de fundición son las 
que comúnmente se unen con éste método. 
 
 
Los procesos utilizados son la soldadura fuerte con soplete, soldadura fuerte de 
horno y la soldadura fuerte de inmersión. 
Los metales de relleno son aleaciones de aluminio - silicio y se suministran como 
alambre, láminas, mezcla de pasta fundente y polvo de aleación o como lámina para 
soldadura fuerte. 
 
 
Unión mediante cintas adhesivas. 
Generalmente se emplea para la unión de piezas sometidas a esfuerzos regulares y 
para su aplicación se requiere un riguroso control de la limpieza, ya que si una de las 
piezas a unir está contaminada con polvo, pierde su capacidad de adherencia. 
 
La cinta esta